爱因斯坦的相对论对牛顿万有引力定律是修正还是否定?
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发布时间：2022-05-03 12:16
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时间：2022-06-19 22:35
常常看到一些人把爱因斯坦相对论与牛顿万有引力定律割裂开来，认为爱因斯坦推翻了牛顿的万有引力理论，并认为万有引力根本不存在。
这是瞎说，是一个科盲的臆断。爱因斯坦只是对万有引力怎么来的进行了一个追根溯源，用场方程更精辟的解释了万有引力的本质，并且从动态方面纠正了牛顿经典力学的一些误差，从而使人类认识更接近真实的世界而已。
牛顿的万有引力定律表述为：F=GMm/r²。
就是说，万有引力F的大小，与引力常量G与相互作用物体M和m之间的乘积成正比，与物体之间质心距离r平方成反比。
这个定律现在还有效，并且运用与许多科学研究和实践中。比如三个宇宙速度，就是根据引力定律换算出来的。
根据这三个速度，人们才能够发射出人造天体，脱离地球引力飞往太空。
爱因斯坦广义相对论揭示了引力的本质属性。牛顿万有引力定律虽然揭示了这个世界普遍存在的一种力，而且也得出了这种力的规律，但是他没能解释出这种力的根源是什么，为什么会有这种力存在。
因此停留在知其然不知其所以然的层次。
别看这只是往前延伸一步层次，但得出的结论却可以完全改变人类对世界的认知。
爱因斯坦广义相对论认为，质量才是引力的根源，产生引力的原因是质量对周边时空的扭曲。
就像一块石头丢进水里，或者一条鱼在水里游动，就会对水产生涟漪或漩涡，由此影响周边的物质。
物体无论大小，都会有这种时空扰动出现。这种扰动表现出的现象就是时空漩涡或者时空陷阱，这种漩涡或陷阱会影响在这个范围物体的运动，产生相互掉进对方陷阱的现象，我们看到的就是物体的相互吸引，这就是引力。
小质量物体的引力十分微弱，因此一般很难表现和测量出来，到了大质量的天体，引力就显得很大了。
质量越大的天体，时空旋涡就越大越猛烈，小的物体经过时就会掉入这个旋涡，看起来就被大天体吸引过去了。
大质量天体的引力漩涡导致的时空弯曲，甚至可以影响通过的光线，如远方恒星的光线经过太阳附近时也会被弯曲。
爱因斯坦这个预言在广义相对论发表不久就被科学界所证实。为了证实时空弯曲理论，1919年，英国皇家科学院派出以著名天文学家爱丁顿为首的两支远征队，一支赶到西非普林西比，一支到亚马逊森林这两个日全食最佳观测地点，证实了爱因斯坦的预言。
爱因斯坦预言，星光经过太阳边缘时，会产生1.74角秒的偏差。但太阳光线太强，这点偏差平时根本无法验证。
只有日全食时有可能观测到这种现象，这正是爱丁顿带领远征考察队到最佳日全食观测点的原因，他们在日全食的最佳时刻，观测证实了爱因斯坦的预言。
当爱丁顿通过电报把这个消息告诉爱因斯坦时，他只是诙谐地说：“我一点也不惊讶，因为如果测到的不是这样，对上帝来说就太遗憾了。”
这就是大师的风范，是一个科学大师对自己研究成果的自信。
当天文学家戴森在英国皇家科学院报告大厅在宣布：“经过对底片的认真研究，我郑重宣布，它们无可置疑地证实了爱因斯坦的预言。”
整个大厅沸腾了，从此广义相对论传遍了世界，成为现代物理学最基础最前沿的理论。
根据广义相对论场论的推演，产生了许多预言，比如黑洞、引力波、时间膨胀、引力透镜等等，这些预言一个个被证实，而且运用到航天探测和日常生活，使人类科技文明上升到新的层次。
那么爱因斯坦的时空弯曲理论对万有引力有什么修正意义呢？万有引力定律是牛顿在静态宇宙观指导下得出来的，是一种绝对时空观的体现。这些理论在低速系是适用的，一旦进入了高速系，就会出现误差，甚至失之毫厘谬以千里。
爱因斯坦场论告诉我们，引力导致了时空弯曲，这个空间变形了，时间就会发生变化，因此时空在不同的坐标系是相对的，而不是绝对的。
同时，他早在狭义相对论里面就介绍了高速系中的时间膨胀效应，速度越快，导致的时间流逝就越慢；而在重力系统中，重力越大，导致的时间流逝也会越慢。
速度时间膨胀效应和重力时间膨胀效应是我们观测和运动时必须考量的，否则我们的观测和远航就得不到精准的效果。
因此现代发射卫星和探测器以及宇宙航行都必须进行时空的相对论修正，否则就会导致导航不准确，通讯无法进行，探测器飞船也到达不了目的地。
时间膨胀效应遵循如下公式：狭义相对论速度时间膨胀计算公式：t‘=t/√[1-(v/c)²]
式中，t‘是速度时间膨胀效应值；t是低速系观测者第一个时钟时间记录；v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度；c为光速。
广义相对论引力时间膨胀计算公式为：t‘=tx√(1-2GM/rc²)
式中，t’为引力时间膨胀效应值；t为低引力惯性系观测者时间流逝值；G为引力常数，取值6.67x10^-11N·m²/kg²；M为天体质量；r为天体半径；c为光速。
最典型的运用例子就是GPS导航系统。由于导航卫星在距地表2万多公里高空，时速1.4万公里速度运行，从重力来说就比地球小，因此卫星时间每天比地表流逝要快45微秒，而在这种速度运行，时间每天又会流逝慢7微秒。
这样里外一折，每天要比地表快38微秒。1秒钟等于1000微秒，这点时间对于我们日常生活来说微不足道，完全可以忽略。但对于要求精确的导航系统来说，如果不按照相对论调整，每天就要积累约10公里的定位误差，这样的导航会让你找不到北。
因此对于卫星上的原子钟，就要在震动频率上加以调整，以使天地时间能够精准一致，才能够精准定位和导航。
因此，爱因斯坦相对论只是更精准的认识了世界规律，他并没有否定万有引力，更没有“认为”万有引力不存在。
就是这样。如大家喜欢，别忘了点击关注哦，时空通讯将提供更多更好玩的科学知识与大家分享。
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